三、地貌的表示
地貌是普通地图上最主要的要素之一，是在空间上的呈体状连续分布的自然要素。在地图各要素中，地貌影响和制约着其他要素的特点和分布。地貌的结构在很大程度上决定着水系的特点和发育，地貌的高度可以影响气候的变化和植物的分布。居民地的建筑和分布明显地受到地表形态的制约，通常在平坦地区的居民地大而稠密，山区的居民地则小而分散；平坦地区居民地多均匀密布，山区居民地则多沿谷地及分水岭分布。平坦地区高等级道路多而平直，山区高等级道路少而多弯曲。
地貌在地图上的正确表示，对于国民经济建设有着十分重要的意义。例如，铁路、公路、水库、运河等的勘测设计和施工；地质部门根据图上所显示的地貌来填绘地质构造、岩层性质，用于寻找和开挖矿藏，水利部门利用图上表示的地貌制定水利规划和进行水利施工等。
地貌在图上的表示，对军事上也有极重要的意义。它是研究敌我双方战略部署和战斗行动的重要条件之一，部队运动、阵地选择、工事构筑、火器配置、隐蔽伪装、前沿观察等都受到地形的影响。就是在信息化战争的条件下，地貌对军事行动也同样具有重要的意义。
地图上显示地貌的重要性，促使人们不断地去寻求和改进地貌在地图上的表示方法。从最早的写景符号概略地表示山地分布，到现在仍被公认为精确而便于量算的等高线法表示地貌，其间经历了几个世纪的探索和实践。
在二维平面上，只能用相应的线状和面状符号加以表示。到了数字地图时代，有了虚拟现实技术，使地貌表示真正实现了真三维并具有可交互性。
地图上地貌的表示方法主要有:写景法、晕滃法、晕渲法、等高线法、分层设色法和地景仿真法。
1.写景法
以(绘画)写景的形式概括地表示地貌起伏和分布位置的地貌表示法，称为写景法，又称透视法。写景法的特点是近大远小，近清晰、远模糊，适合于描绘任意区域。
在18世纪以前，写景法为中外各国所广泛采用，虽然形式不同、风格各异，但都属于示意性的表示法，而且成为当时地图上表示地貌的唯一方法。
马王堆三号汉墓出土的我国两千多年前的地图上，就有了这种写景法的最初的简单形式，以后逐步变为立体写景画法，许多地图都大同小异地运用这种形式表现地貌。15～18世纪，西欧的许多地图上，所采用的地貌显示法则是比较完善的透视写景法。用此法描绘的地貌，具有近大远小的透视效果，如图5-9所示。
古老的、示意性的地貌表示法，远不能适应现代用图的需要，所以等高线法问世之后，写景法就很少使用了。但是随着科学技术的进步，建立在等高线图形基础上的现代地貌写景法又有了很大的改进和发展。它已经脱离了过去的山景写意，而具备了一定的科学基础，有的甚至还有严格的透视法则，表示的地貌形态、位置、大小、高程、甚至坡度等都比较准确了。但是，此法表示的地貌仍无法进行精确的量度，只不过是示意的准确度提高而已。
图5-9 西欧地图上的地貌写景法
2.晕滃法
晕滃法是以光线投射在地面上的强弱为依据，沿地面斜坡方向布置粗细、长短不同的晕线(点)以反映地貌起伏和分布范围的一种地貌表示法。17世纪已在欧洲的地图上开始使用，18世纪的德国地图上，已发展为用晕线之长度表示高地的高度、粗细代表斜坡的倾斜度。晕滃法是19世纪最通用的地貌表示方法，一直沿用到20世纪中叶。尽管如此，仍没有严格的数学基础，不可避免地会渗入绘图者的主观见解。
根据光源与地面的位置关系可以把晕瀚法分成直照和斜照两种。
直照晕滃是假定光源在地面的正上方，地面受光量的大小随地面坡度而变化，坡度越大，受光量越少，如图5-10所示。用不同粗细的线划组成的暗影来表示地面受光量的多少，在图面上显示出地面坡度的相对大小，且具有一定的立体感。所以，直照晕滃有时也叫坡度晕滃。
图5-10 直照晕滃法表示的地貌
与直照晕滃法不同的斜照晕滃法，是假定光线由地平线上一定高度的固定光源射出，光线与地平面斜交，根据斜照条件按阳坡和阴坡的实际情况，用晕线的粗细和疏密表达出光辉暗影分布的地貌显示法。因为主要由背光部分暗影的大小、浓淡等来衬托地貌，所以又称暗影晕滃。
19世纪国外的地形图几乎都是用坡度晕滃法来描绘地貌的，而暗影晕滃法则多用于小比例尺地图和地图集中。
地貌晕滃法比写景法更能反映山地的范围，用直照晕滃法还能反映斜坡的坡度，但是绘制工作量相当大，要求技术水平高，制图作者主观因素的影响大，而且密集的晕线不仅难于描绘，还掩盖地图其他内容。尽管19世纪中叶多色印刷已出现，地貌晕滃常采用棕色、棕红色和淡灰色印刷，密集的晕线仍然影响图面的清晰。
3.晕渲法
晕渲法是根据假定光源对地面照射所产生的明暗程度，用浓淡不同的墨色或彩色沿斜坡渲绘其阴影，造成明暗对比，以显示地貌的分布、起伏和形态特征。图5-11即是用晕渲法所显示的地貌示例，给人很强的立体感。
晕渲法和晕滃法的原理完全相同，只不过是将晕线的粗细疏密改成墨色(或其他颜色)的浓淡而已。将极其精细的晕线描绘改成大片墨色的渲染，大大缩短了地图制作周期、降低了成本，所以它很快代替了晕滃法，在18世纪下半叶就被广泛普及。
图5-11 晕渲法表示的地貌
晕渲据其光源位置不同，可以分为直照晕渲、斜照晕渲和综合光照晕渲三种。根据着色方法和数量的不同，可将晕渲分为单色晕渲、双色晕渲和自然色晕渲等。自然色晕渲的图形同高空卫星摄影的地面彩色照片相似，但由于使用了概括的手段，所以地貌图形的结构更加突出，表达效果更好。
大区域的分幅参考图在等高线或分层设色表示地貌的基础上，加绘地貌晕渲，可以起到加强立体感的作用。
随着空间可视化技术的发展，目前主要采用基于DEM数据自动进行地貌晕渲的方法。其基本原理是将地面立体模型的连续表面分解成许多小平面单元(如正方形格网最大不超过0.25mm边长)，当光线从某一方向投射来时，测出每个小平面单元的光照强度，计算阴影浓淡变化的黑度值，并把它垂直投影到平面上。由于是用小平面单元构成一种镶嵌式的图形，所以选定的平面单元越小，自动晕渲图像就越连续自然。
在我国，以往由于地形图数量大，增加晕渲版会延长地图作业和制印时间，提高成本。所以，国家地形图还没有规定加地貌晕渲。现在随着数字地图制图技术的发展，可以四色印刷地形图，不需要增加晕渲版，基于DEM地貌晕渲制作也不费时，我国地形图应该可以考虑浅淡色的晕渲配合等高线表示地貌。
4.等高线法
等高线法几乎与晕滃法同时出现，它们都是以测量技术为基础而产生的。17世纪末，等高线开始出现于城市平面图上的河床中，即现在所称的等深线。18世纪末和19世纪初等高线才开始应用于地形测图上，等高线首先应用于法国的地图上。
作为独立的，而且具有科学和实用价值的地貌等高线表示法，直到19世纪后半叶由于迅速而精密的高程测量仪器的发展和等高线在工程、军事等方面实用价值的不断扩大，在表示地貌中的地位才得以确立，并在地形图上迅速推广应用，直到如今仍被公认为是一种比较理想的地貌表示法。
等高线是地面上高程相等点的连线在水平面上的投影。等高线法的实质是用一组有一定间隔的等高线的组合来反映地面的起伏形态和切割程度。等高线之间的间隔在地图制图中称为等高距。等高距就是相邻两条等高线高程截面之间的垂直距离，即相邻两条等高线之间的高程差，可以是固定等高距(等距)，也可以是不固定等高距(变距)。由于小比例尺地图制图区域范围大，如果采用固定等高距，难以反映出各种地貌起伏变化情况，所以小比例尺地图上的等高线通常不固定等高距，随着高程的增加等高距逐渐增大；而大比例尺地图上的等高线通常采用固定等高距。
等高线的基本特点是:
(1)位于同一条等高线上的各点高程相等；
(2)等高线是封闭连续的曲线；
(3)等高线图形与实地保持几何相似关系；
(4)在等高距相同的情况下，坡度愈陡，等高线愈密；坡度愈缓，等高线愈稀。
用等高线表示地貌，是用一组有一定间隔(高差)的等高线的组合来反映地面的起伏形态。从构成等高线的原理来看，这是一种很科学的方法。它不仅可以反映地面高程、山体、谷地、坡形、坡度、山脉走向等地貌基本形态及其变化，而且可以在图上量算高程、面积、体积和坡度，为工程上的规划施工、地学方面的分析研究、经济方面的自然环境调查、军事上战场地形保障等提供了可靠的地形基础。
地形图上的等高线分为首曲线、计曲线、间曲线和助曲线四种，如图5-12所示。
(1)首曲线又叫基本等高线，是按基本等高距由零点起算而测绘的等高线，通常用0.1mm的细线来描绘。
(2)计曲线又称加粗等高线，是为了计算高程的方便加粗描绘的等高线，通常是每隔四条基本等高线描绘一条计曲线，它在地形图上以0.2mm的加粗线条描绘。
(3)间曲线又称半距等高线，是相邻两条基本等高线之间补充测绘的等高线，用以表示基本等高线不能反映而又重要的局部形态，地形图上以0.1mm粗的长虚线描绘。
(4)助曲线又称辅助等高线，是在任意的高度上测绘的等高线，为的是表示那些别的等高线都不能表示的重要的微小形态，因为它是任意高度的，故也叫任意等高线，但实际上助曲线多绘在基本等高距l/4的位置上。地形图上助曲线是用0.1mm粗的短虚线描绘的。
我们也常把间曲线和助曲线统称为补充等高线。
图5-12 地形图上的等高线
小比例尺地图上也分基本等高线和补充等高线，但它们的符号相同，只有在地貌高度表上才能辨认出来。
地图上的等高线附以示坡线表示其坡向。一个封闭的等高线图形，示坡线在外的是山顶，示坡线在内的则表示凹地。表示山顶的等高线与总倾斜的上方等高线同高，而凹地等高线则与下方等高线同高。
等高线的实质是对起伏连续的地表作“分级”表示，这就使地表产生阶梯感，而影响着连续地表在图上的显示效果。因此，等高线表示地貌的不足之处，主要有两个方面:其一，立体效果不佳；其二，等高线是不连续的地面截线，两个截面之间的地面碎部无法表示，因而需用地貌符号等方法予以配合和补充。(https://www.daowen.com)
为了增强等高线表示法的立体效果，人们做了大量的探讨和研究，归纳起来有两种方法。一是采用其他辅助方法与之配合，以弥补等高线表示法立体效果较差的缺陷，例如使用晕渲、高程注记、地貌符号等是最常用的补助方法；另一种是在等高线本身上下工夫，如采用粗细等高线和明暗等高线的手段来增强其立体效果。
为了增强等高线表示法的立体效果，使用晕渲、高程注记、地貌符号是最常用的补助方法。地图上有一些特殊地貌现象或两等高线间的微地形，如陡崖、冰川、沙地、火山、石灰岩等，必须借助地貌符号和注记来以配合和补充表示。
所谓粗细等高线，即指将处于背光部分的等高线加粗，形成暗影，从而增强等高线立体效果。另一种是19世纪末提出的明暗等高线法。它是使每一条等高线根据其受光位置的不同而绘成黑色或白色，从明显的对比中获得地貌立体效果。
5.分层设色法
地貌分层设色法是以等高线为基础，根据地面高度划分的高程层(带)，逐层设置不同的色，表示地貌起伏变化。其相应图例称为色层表，用以判明各个色层的高度范围。
分层设色法可以补充等高线的某些缺陷。它使高程带表示得十分明显，增强了高程分布的直观性，如果设色时能够利用色彩有规律变化的立体特性，会增强地貌表示的立体效果。
分层设色的立体效果，主要靠有规律的组配色层来实现。例如，依据色彩的视觉规律，采用“越高越亮”的原则设色；依据光照规律，用“越高越暗”的原则设色等。通常，“越高越暗”的设色原则运用得比较广泛，因为随高程(及坡度)的增大，所用的颜色也越暗，使图上地貌产生起伏的视觉，同时，这种做法与“越高越亮”的设色原则相反，有利于平原、丘陵地区社会经济要素的表示，如图5-13所示。
图5-13 “越高越暗”分层设色法
分层设色地图大致有两形式:
1)全图分层设色
在全图区内，从深海到高山，区分不同的色层表示地貌，而不使图面上存有“空白”。大多数分层设色图是采用这一形式的。这样，图面完整，地貌起伏清楚。具有代表性的是地势图，区域性的形势图也常采用，不过因为形势图的重点不在地貌，所以分层设色的色调以浅淡为好，以免影响其他要素的表示。
2)局部分层设色
局部分层设色常见的有:①陆地部分使用分层设色，海洋部分不用；②海洋用分层设色，而陆地不用；③在陆地或海洋的高(深)度表中，局部地套印若干色层；④以区域(政区、自然区)为界，区内分层设色，区外用平色，其目的是突出地图的主区；⑤编图资料可靠地区用分层设色，缺乏资料或精度不可靠的地区不用分层设色。总之，局部使用分层设色的方法都有明确的目的性，全图视觉上的完整统一置于次要地位，而把某项内容或在某一地区用分层设色来加强。
分层设色法的关键是合理地选择高程带和色层表。
6.地景仿真法
随着空间可视化技术的发展，写景符号法的描述精度和表现效果得到了极大的改进，现已发展成为可以逼真模拟实际地理景观并具有实用价值的三维地景仿真法。
在虚拟现实技术和三维图形技术支撑下的三维地景仿真法，所表示的地貌具有生理立体视觉感。三维地景仿真法是利用计算机技术和可视化技术，将数字化的地貌信息用计算机图形方式再现，加以双眼立体观察设备(头盔、数据手套、三维鼠标、数据衣等)，使地貌具有真三维立体感。三维地景仿真法的有如下特点:
1)基于数字信息的表示方法
地貌信息以数字信息的方式记录在计算机的存储介质中，如磁盘、光盘等，是快速量算和自动分析的基础，可直接参与各种数学模型和分析模型的计算。
2)真三维空间特征表示
建立在三维模型基础上的真三维空间表示，在显示效果上更加符合人眼观察地貌的规律，借助于一定的设备，更能让人产生“身临其境”的感觉，从而实现大多数读图者在读图时想“进入地图”的愿望，从而使人们对地貌信息的接受更加自然。
3)实时动态性
数字地貌虚拟表示则可放大、缩小、漫游、旋转，甚至“飞翔”。借助虚拟现实的技术和设备，更能产生逼真感，满足实时显示的要求。
4)可交互性
一般的数字地貌表示的交互是有限的，数字地貌虚拟表示在虚拟环境中可借助专门的设备(头盔、数据手套、操纵杆等)进行交互式操作，获取新的信息。
5)多比例尺(多分辨率)
三维数字地貌表示可以根据需求任意变化比例尺，如图5-14所示，并可在数学模型和分析模型的基础上，对地貌进行精确的量算和分析。
图5-14 不同分辨率的三维地貌
地景仿真具有可进入、可交互的特点，与这种环境(也是一种地图)打交道，用户能够产生身临其境的感觉，大大提高环境认知的效果。虚拟现实用于地形环境仿真并最终形成地景表示方法，是人类对环境认知的深化与科技进步的必然结果。图5-15是根据数字高程模型数据，用遥感影像作为纹理建立的三维地貌图；图5-16是根据数字高程模型，用航空影像作为纹理生成的三维地貌图，大大扩展了地图的空间表现力。
图5-15 遥感影像作纹理生成的三维地貌
图5-16 航空影像作纹理生成的三维地貌
7.地貌符号与地貌注记
地貌符号与地貌注记作为等高线显示地貌的辅助方法而被广泛地应用于地图上。
1)地貌符号
地表是一个连续而完整的表面。等高线法是一种不连续的分级法，用等高线表示地貌时，尽管有时还可以加绘补充等高线使分级的间距减小，仍有许多小地貌无法表示，需用地貌符号予以补充表示。这些微小地貌形态可归纳为独立微地貌、激变地貌和区域微地貌等。
表5-7是普通地图上常用的地貌符号示例。
(1)独立微地貌是指微小且独立分布的地貌形态。如坑穴、土堆、溶斗、独立峰、隘口、火山口、山洞等。由于它们形态微小且独立分布，图上大部分是采用不依比例尺符号来表示，符号中心要与实地上位置一致，有的还要注出比高或其他的说明性注记。有些形态(如溶斗)还要显示其分布范围与分布特征。
(2)激变地貌是指较小范围内产生急剧变化的地貌形态。如冲沟、陡崖、冰陡崖、陡石山、崩崖、滑坡等。它们大多能依比例尺表示其分布范围、长度和上下边缘线的位置，当其不能依比例尺表示时，要力求表示上边缘线的正确位置，还要求显示表面的性质(石质或土质)、陡缓程度和高度等。
(3)区域微地貌是指实地上高差较小但成片分布的地貌形态，如小草丘、残丘等，或仅表明地面性质和状况的地貌形态，例如沙地、石块地、龟裂地等。前者高度虽小，但总是起伏不平的。后者往往起伏甚微，只是表明土质的类型一样，故许多地方又将其划入“土质”之内。这两种现象都成区域分布，符号不是按实地位置配置的，而是在其分布范围内示意性的配置相应符号，资料若许可时还可用符号的分散与集中反映实地上的相对密度。
随着用图要求的提高，地面实测资料更详细、精确，很多重要的地形碎部有可能在地图上确定其位置和性质，这就给各部门使用地图提供了极大的方便。这些碎部又大多数是不能用等高线表达出来的，所以中外地图上都有加强地貌符号的趋势。
表5-7 普通地图上常用地貌符号示例
加强地貌符号的重点是增加数量和定位、定性。由于需要用符号表达的地貌要素的数量快速增加，必须限制地貌符号的增加数量。我国早期的地形图对于冰雪地形表示很简略，待到对冰川进一步深入考察之后，发现许多冰川微地形(冰裂隙、冰陡崖、冰碛、冰塔、冰塔丛等)极其生动多样，形成特殊的地理景观，因此在后来的地形图上增加了冰雪微地形的表示。
2)地貌注记
地貌注记分为高程注记、说明注记和地貌名称注记。
高程注记包括高程点注记和等高线高程注记。高程点注记可以作为等高线的一种辅助手段，用来表示等高线不能显示的山头、凹地等，以加强等高线的量读性能。可以设想，没有高程注记，等高线图形也就失去其大部分意义。地形图上高程点注记选注密度视地区情况而定。高程点注记多选在山顶点、最低点、鞍部点、倾斜变换点等部位。等高线高程注记则是为了迅速判明等高线高程而加注的，其数量以迅速判明等高线的高程为准。等高线注记应以斜坡的上方为正方向，选择在平直斜坡，以便于阅读的方位注出，因此尽可能不要注在向北的斜坡上，以免字体倒置。国外许多地图上无此规定，任意注出。
说明注记是为了说明符号所代表物体的比高、宽度、性质等，与符号配合使用。
地貌名称注记包括山峰、山脉注记等。图幅内一切重要的山顶和独立山峰的名称都应尽量选注在地图上，并根据其意义和绝对、相对高度选择不同的字大。山峰注记用无间隔水平字列注出，山峰名称多和高程注记配合注出。山脉名称是指绵延数百里或数十里的大、中、小山脉和支脉的地理名称。地图上山脉名称沿山脊中心线采用有间隔的屈曲字列注出，两相邻字间不应超过字大的4～6倍。过长的山脉应重复注出其名称。
